量子の非局所性の厳密検証に成功――新方式の量子コンピュータにも道：アインシュタイン提唱の「物理学の100年論争」が決着！（3/3 ページ）

東京大学 教授の古澤明氏らの研究チームは2015年3月、約100年前にアインシュタインが提唱した「量子（光子）の非局所性」を世界で初めて厳密に検証したと発表した。検証に用いた技術は、「新方式の超高速量子暗号や超高効率量子コンピュータへの応用が可能」（古澤氏）とする。

[竹本達哉，EE Times Japan]

A地点の測定が、B地点に影響

　そして、離れた2つの光路の先（仮に、A地点とB地点）の両側で、光子の粒子性（光子の有無）を観測する代わりに、光子の電磁波としての測定（＝ホモダイン測定）を実施した。その結果、部分反射ミラーの片側（透過光/A地点）のホモダイン測定の観測属性（位相）を変更すると、観測属性と得られた結果（振幅の符号）に応じて、もう片側（反射光/B地点）の量子状態に変化が生じることを確認したという。

左＝Alice（A地点）でのホモダイン測定のイメージ / 右＝A地点（Alice）での測定の影響がB地点（Bob）での位相/振幅に変化があるかどうかを確認した（クリックで拡大） 出典：東京大学

　具体的には、A地点で、光子に特定のタイミング（位相）で光子の有無を観測すると、B地点では、A地点の逆位相の波を検出。さらにA地点で別の位相の光子の有無を観測すると、それに従い、B地点でも位相が変化した様子を検出し、「離れた場所の観測が影響すること」を確認した。

左＝Alice（A地点）で測定する位相（タイミング）を変えることで、B地点（Bob）の波の位相が変化したことを確認 / 右＝EPR steering不等式の破れを示したグラフ （クリックで拡大） 出典：東京大学

　なお、同研究チームでは、非局所性の存在を示す十分な根拠を得るために、電磁波の6 つの異なる属性でその効果を検証。その上で、EPR steering不等式の破れを検証し「光子の非局所性の厳密な検証に成功した。物理学の100年論争に、理論的には決着が着いた」（古澤氏）とする。

検証装置の写真。Alice（A地点）とBob（B地点）の距離は約1m （クリックで拡大） 出典：東京大学

集大成、そして量子コンピュータへ

　古澤氏らは以前から、粒子としての性格が強い量子である光子の“波”、“電磁波”としての側面に着目し、完全な量子テレポーテーション^＊1）や超大規模量子もつれの作成^＊2）など、量子コンピュータ実現に向けた開発成果を挙げてきた。

＊1）関連記事：完全な量子テレポーテーションに成功
＊2）関連記事：量子コンピュータ実現に向け大きな前進――超大規模量子もつれの作成に成功

　今回の量子（光子）の非局所性の厳密な検証実験の成功について、古澤氏は「長年開発してきた要素技術の集大成であり、新方式の量子コンピュータの実現に向けても応用できる成果」とした。

　新方式の量子コンピュータについて古澤氏は「古典コンピュータに例えるなら、“アナログコンピュータ”と“デジタルコンピュータ”の双方の性質を利用した“アナデジコンピュータ”のようなもの。量子の粒子性は、デジタルのビット情報であり、堅牢な情報だ。一方で、量子の波は、アナログのような存在で、処理はアナログで行った方が効率が高い。量子の粒子性と波の性質の両方を使うことで、効率の良い量子コンピュータが実現できる」と語った。